ENZIMAS PDF

Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. MÓDULO DOS: ENZIMAS  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Catalizadores de los sistemas bio...

Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. MÓDULO DOS: ENZIMAS  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Catalizadores de los sistemas biológicos, determinan las transformaciones químicas. Las características más sobresalientes son: su poder catalítico y especificidad. Casi todos los enzimas conocidos son proteínas, sin embargo hay moléculas de RNA catalíticamente activas.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS REACCIONES ENZIMÀTICAS Aumentan la velocidad de las reacciones pero solo modifican reacciones que ocurren en forma espontanea, o sea r e a c c i o n e s t e r m o d i n á m i c a m e n t e p o s i b l e s. No modifican el equilibrio de la reacción No desplazan la reacción a ninguno de los dos lados No cambian las sustancias reaccionantes No modifican el producto Sólo acortan el tiempo para alcanzar el equilibrio. E + S→ ES→EP → E + P  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Los enzimas acercan los sustratos hasta lograr una orientación óptima, siendo este el preludio para establecer o romper enlaces químicos. En esencia catalizan las reacciones mediante la estabilización de los estados de transición que son las especies químicas de energía más alta generadas por las reacciones.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. La mayoría de las reacciones en los sistemas biológicos no tiene lugar a velocidades perceptibles en ausencia de enzimas. Incluso una reacción tan sencilla la hidratación del CO2 seria incompleta por el tiempo que se requiere, cada Anhidrasa Carbónica puede hidratar de 106 moléculas de CO2 por segundo. Descarboxilación de la glicina sin enzima dura hasta 1100 años  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. La papaína que se encuentra en las plantas de la papaya, es una enzima proteolítica totalmente inespecífica razón por la cual se usa para reblandecer la carne. La precisión de enzima-sustrato es el resultado de la compleja estructura tridimensional de la proteína enzimática.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. SUSTRATO Son moléculas de bajo peso molecular, Es la molécula resultante de PRODUCTO la acción de la enzima COENZIMAS dializable, termoestable y no proteica, adherida de manera laxa, coenzima, y grupo (varios) prostético al estar íntimamente ligada. Es la enzima propiamente dicha, de HOLOENZIMA Estructura formada por la naturaleza APOENZIMA proteica PM elevado, no apoenzima y la coenzima. dializable y termolábil. (papaína, tripsina, pepsina, etc.) Sintetizadas como precursores no Son diversas y múltiples formas PROENZIMAS denominados: cimógenos moleculares (estructura) de una funcionales, ISOENZIMAS enzima, responsables de o pro enzimas. A: Aceleran ACTIVADORES, catalizarIones. la velocidad, indispensables la misma reacción. I: Disminuyen la velocidad. INHIBIDORES Y M: Características de cooperación funcional, MODULADORES positivo o negativo. PARTES DEL SISTEMA ENZIMATICO  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. PARTES DEL SISTEMA ENZIMATICO SUSTRATO Es la molécula sobre la que actúa la enzima. Es la molécula resultante de la acción de la enzima PRODUCTO (varios) Es la enzima propiamente dicha, de naturaleza APOENZIMA proteíca PM elevado, no dializable y termolábil. (papaína, tripsina, pepsina, etc.) Son moléculas de bajo peso molecular, dializable, termoestable y no proteíca, adherida de manera COENZIMAS laxa, coenzima, y grupo prostético al estar íntimamente ligada. Estructura formada por la apoenzima y la HOLOENZIMA coenzima. Sintetizadas como precursores no funcionales, PROENZIMAS denominados: cimógenos o pro enzimas. Son diversas y múltiples formas moleculares ISOENZIMAS (estructura) de una enzima, responsables de catalizar la misma reacción. A: Aceleran la velocidad, indispensables Iones. ACTIVADORES, INHIBIDORES Y I: Disminuyen la velocidad. MODULADORES M: Características de cooperación funcional, positivo o negativo.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Propiedades generales de las enzimas a) Son los catalizadores de las reacciones químicas en los sistemas biológicos. b) Aceleran muchísimo la velocidad de las reacciones (106 – 1014 veces). c) Poseen un elevado grado de especificidad de sustrato. d) La actividad catalítica depende de la integridad de la estructura nativa así como del pH y temperatura.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. e) La mayoría de las enzimas son proteínas: f) La función depende de la integridad de la conformación proteica nativa. g) Existen enzimas que son proteínas simples y otras que requieren componentes químicos adicionales; ya que llevan a cabo reacciones químicas que no pueden realizarse por el conjunto de los veinte aminoácidos. Cofactores: - iones inorgánicos (Fe2+, Mg2+, Mn2+ o Zn2+) - complejos orgánicos o metal orgánicos (coenzimas) Los Cofactores unidos covalentemente: grupos prostéticos Los enzimas que utilizan el mismo cofactor tienen normalmente similares mecanismos de reacción. H o l o e n z i m a / Apoenzima Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS.  ENZIMAS Son catalizadores para las reacciones biológicas. Cuenta con 4 propiedades de suma importancia: PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS 1. Naturaleza química Proteínas Simples: Aldolasa, tripsina Conjugadas: Transcetolasa, GDH Complejos enzimáticos: PDH Sistemas enzimáticos altamente organizados: CTE Ribozimas En el corte y empalme Biosíntesis proteica: traducción  ENZIMAS PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS 2. Eficiencia catalítica ✓Alto poder catalítico, de 103 a 1017 más rápido que un reacción Rango de la reacción sin enzima. ✓No altera el equilibrio de la reacción. Una pequeña región donde se Sitio activo o centro activo lleva acabo la catálisis. DISMINUCIÓN DE LA Ea Proximidad y orientación Mecanismos catalíticos Trazas de sustrato Catálisis por acido-base Catálisis covalente  ENZIMAS PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS 3. Especificidad enzimática a) Especificidad grupal o extensa: Hexoquinasas o tripsina. b) Especificidad absoluta: Especificidad de sustrato Glucocinasa y la arginasa c) Esteroespecificidad: L- aminoácidos oxidasa (actúa sobre un solo isómero del sustrato) Especificidad de la reacción: a. Reacción del piruvato (Ala o La enzima cataliza un tipo de Lactato) reacción química para un sustrato b. Reacción de la G-6-P (G-1-P o en particular. F-6-P)  ENZIMAS PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS 4. Regulación 1. Modificaciones covalentes 2. Activación de pro enzimas por Regulación de la actividad proteólisis catalítica (cambio) 3. Regulación alostérica 4. Interacciones de regulación de proteínas (Calmodulina) 1) Regulación de la síntesis (inducción o represión) Regulación en la concentración 2) Regulación en la degradación enzimática. ENZIMAS  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. h) Las enzimas se clasifican según la reacción catalizada: Nomenclatura: - Número clasificatorio de 4 dígitos (E.C. –Códigos de la Comisión enzimática) - Nombre sistemático - Nombre trivial (particular) ATP + D-Glucosa ADP + D-Glucosa-fosfato Nomenclatura: se adiciona sufijo “asa” al nombre del sustrato o de la reacción que cataliza Número clasificatorio: E.C. 2.7.1.1. 2. Clase: Transferasa 7. Subclase: Fosfotransferasa 1. Fosfotransferasas con OH como aceptor 1. D-glucosa como aceptor del fosfato Nombre sistemático: ATP:glucosa fosfotransferasa Nombre trivial: hexoquinasa  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. La cantidad de producto formado es el mismo tanto si el enzima está presente o no lo está. La concentración de P en equilibrio es 100 veces la de S, haya o no enzima presente. Sin embargo, se tardaría un tiempo considerable en conseguir este equilibrio sin enzima, mientras que cuando el enzima apropiado está presente, el equilibrio se obtiene más rápido. Así pues, los enzimas aceleran la consecución del equilibrio, pero no varían su posición.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Las reacciones tienen dos propiedades termodinámicas: 1.- La diferencia de Energía Libre (ΔG) entre los productos y los reactantes. 2.- La Energía libre de activación, de transición o de Gibbs. (ΔG**) La primera determina si la reacción será espontanea, mientras que la segunda determina la velocidad de reacción.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Una reacción puede tener lugar espontáneamente solo si la energía libre es negativa. Se dice que dicha reacciones son exergónicas. Una reacción no puede transcurrir espontáneamente si la energía libre es positiva. Lo que requiere un aporte de energía haciendo a la reacción endergónica.  ENZIMAS Principios fundamentales de la acción catalítica de las enzimas Pasos de la catálisis enzimática: a) Formación del complejo enzima-sustrato b) Generación del complejo del estado de transición y formación de la reacción de los productos E + S→ ES→EP → E + P ENZIMAS  ENZIMAS Las interacciones débiles entre enzima y sustrato son óptimas en el estado de transición. E + S→ ES→EP → E + P Dos principios que intenta explicar como funcionan las enzimas: Teoría de las A) La teoría de las colisiones. colisiones. B) La energía de activación Estado de transición Energía de activación ENZIMAS  ENZIMAS Energía de activación El comienzo de la reacción requiere un aporte inicial de energía. Esta energía inicial que hay que suministrar a los reactantes para que la reacción transcurra se llama energía de activación (Ea). Cuanto menor es la Ea más fácilmente transcurre la reacción. a. Las enzimas aceleran el rango de la reacción bajando la energía libre de activación (Ea). b. El decremento de la Ea incrementa la probabilidad de la formación del producto. c. Las enzimas aumentan el rango de la reacción, pero no alteran el equilibrio de la misma. La doble cruz indica el ENZIMAS estado de transición, siendo una estructura molecular transitoria que ya no es el sustrato pero que todavía no es el producto. Aquí se presenta la mayor proporción de energía libre. La diferencia en la energía libre entre el estado de transición y el sustrato se denomina: ENERGIA LIBRE DE GIBBS, o ENERGIA DE ACTIVACION.  Comparación de energía y velocidad ENZIMAS ENERGÍA (∆G) VELOCIDAD (v) NO AFECTADA POR INCREMENTADA POR ENZIMAS ENZIMAS ∆G 0, no espontaneas (requieren energía) Decremento de la energía ∆G = 0, reacciones en de activación, ∆G± equilibrio, (reversible) ∆G° = involucra energía por debajo de las condiciones estándares.  ENZIMAS Sin enzima Con enzima La Ea de la HIDRÓLISIS DE LA UREA baja de 30 a 11 kcal/mol con la acción de las enzimas, E+S acelerando la reacción 1014 x El aumento de temperatura necesario para producir la reacción no catalizada seria de 529ºC E+P Tiempo de la reacción La enzima disminuye la energía de activación Ejemplo del Estado de transición  ENZIMAS Las enzimas alteran las velocidades de reacción pero no los equilibrios (A) S P (B) E + S ES EP E+P (A) (B) E N Z I M A S Ejercicio. Reaction profile for enzymatic and nonenzymatic reactions The basic principles of an enzyme-catalyzed reaction are the same as any chemical reaction. When a chemical reaction proceeds, the substrate must gain activation energy to reach a point called the transition state of the reaction, at which the energy level is maximum. Since the transition state of the enzyme-catalyzed reaction has a lower energy than that of the uncatalyzed reaction, the reaction can proceed faster. ES complex, enzyme-substrate complex; EP complex, enzyme-product complex. Sitio activo o centro activo ENZIMAS Es la región de la enzima que es responsable de la unión del sustrato y de la catálisis. Características del sitio activo:  ENZIMAS ENTIDAD TRIDIEMNSIONAL: HENDIDURA: Sitio activo es una entidad Presenta una tridimensional formado por grupos que vienen de pequeña hendidura diferentes partes de las o grieta. secuencias de aminoácidos lineales. Lisosomas: a.a. 35, 52, 62, 63 y 101 de 129 secuencia. RESIDUOS DE SITIO ACTIVO: ESPECIFICIDAD DE LA Esta involucrado los dos UNIÓN DEL SUSTRATO: lugares, de unión y catalítico. Depende del preciso Enlaces no covalentes: acomodo de los átomos del Puentes de hidrógenos, dentro del sitio. Interacciones Hay dos modelos que electroestáticas, explican las interacciones Interacciones hidrofóbicos enzimas-sustrato. Fuerzas de Van der Waals.  ENZIMAS Characteristics of the substrate-binding sites in the serine proteases chymotrypsin, trypsin, and elastase. In chymotrypsin a hydrophobic pocket binds aromatic amino acid residues such as phenylalanine (Phe). In trypsin, the negative charge of the aspartate residue in the substrate binding site promotes cleavage to the carboxyl side of positively charged lysine (Lys) and arginine (Arg) residues. In elastase, side chains of valine and threonine block the substrate binding site and permit binding of amino acids with small or no side chains, such as glycine (Gly). ENZIMAS ENZIMAS  ENZIMAS RESUMEN: Las enzimas se unen a los reactivos (sustratos) reduciendo la energía de activación Cada enzima tiene una forma única con un sitio o centro activo en el que se une al sustrato 1 Después de la reacción, enzimas y productos se separan. Las moléculas enzimáticas NO han cambiado después de participar en la reacción Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Clasificación Internacional de las Enzimas Óxido – Reductasas (reacciones de oxido- reducción) Hidrolasas (reacciones de hidrólisis) Actúan sobre ": CH – OH " Esteres Actúan sobre ": C = O " Enlaces glucosídico Actúan sobre ": C = CH – " Enlaces pepsídicos Actúan sobre ": CH – NH2 " Otros enlaces C – N Actúan sobre ": CH – NH – " Anhídridos de ácido Transferasas (transferencia de grupos funcionales) Grupos de un átomo de C Liasas (Adición a los dobles enlaces) Grupos aldehídos o cetónicos :C=C: Grupos acilos :C=O Grupos glucosilos :C=N– Grupos fosfatos Grupos que contienen azufre Ligasas (Formación de enlaces con escisión de Isomerasas (reacción de isomerización) ATP) :C–O Racemasas :C–N :C–S :C–C  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. OXIDO-REDUCTASAS Catalizan reacciones de oxido reducción, es decir, transferencia de hidrógeno (H) o electrones (e-) de un sustrato a otro, según la reacción general. Ejemplos son: la succinato deshidrogenasa o la citocromo c oxidasa Citocromo C reducido + ½ O Citocromo C oxidado + H2O Citocromo Oxidasa E N Z I M A S  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. TRANSFERASAS Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto del hidrógeno) de un sustrato a otro, según la reacción: A-B + C A + C-B Un ejemplo es la glucoquinasa, que cataliza la reacción representada en la Figura de la derecha: glucosa + ATP ADP + glucosa-6-fosfato  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. HIDROLASAS Catalizan las reacciones de hidrólisis: A-B + H2O AH + B-OH Un ejemplo es la lactasa, que cataliza la reacción: lactosa + agua glucosa + galactosa  ENZIMAS LIASAS Catalizan reacciones de ruptura o soldadura de sustratos: A-B A+B Un ejemplo la reacción del citrato en Acetil CoA y oxalacetato, por la citrato liasa.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. ISOMERASAS Catalizan la interconversión de isómeros: A B Son ejemplos la fosfotriosa isomerasa y la fosfoglucosa isomerasa, que catalizan las reacciones representadas en la tabla inferior: FOSFOTRIOSA ISOMERASA FOSFOGLUCOSA ISOMERASA gliceraldehído-3- dihidroxiacetona- glucosa-6-fosfato fructosa-6-fosfato fosfato fosfato  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Densitometric patterns of the LDH isozymes in serum of patients diagnosed with myocardial infarction or acute hepatitis. Isozymes, differing slightly in charge, are separated by electrophoresis on cellulose acetate, visualized using a chromogenic substrate, and quantified by densitometry. Total serum LDH activity is also increased in these patients. Since hemolysis releases LDH from red blood cells and affects diagnosis, blood samples should be treated with care. The LDH measurements for the diagnosis of myocardial infarction have now been superseded by plasma troponin levels.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. ISOZYMES Isozyme profiles are often performed in the clinical laboratory for diagnostic purposes. The definition of isozymes is often operational, i.e. based on simple and reproducible assay methods that sometimes do not require precise analysis of enzyme structure. The term isozyme is commonly used to refer to: (1) Genetic variants of an enzyme; (2) Genetically independent proteins with little homology; (3) Heteropolymers of two or more noncovalently bound polypeptide chains; (4) Unrelated enzymes that catalyze similar reactions, e.g. enzymes conjugated with different prosthetic groups or requiring different coenzymes or cofactors; (5) Different forms of a single polypeptide chain, e.g. varying in carbohydrate composition, deamination of amino acids, or proteolytic modification.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. LIGASAS Catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis simultánea de un nucleótido trifosfato (ATP, GTP, etc.): A + B + XTP A-B + XDP + Pi Un ejemplo es la piruvato carboxilasa, que cataliza la reacción: piruvato + CO2 + ATP oxaloacetato + ADP + Pi  Tipo de reacción que No. Clase Ejemplo catalizan Deshidrogenasas Oxidorreduc De óxido reducción (transferencia de e-) Peroxidasa Oxidasas 1 tasas Oxigenasas Reductasas Kinasas 2 Transferasas Transferencia de grupos Transaminasas Pirofosfatasa (G-6- Hidrolasas Hidrólisis, con transferencia de fosfatasa), Maltasa, 3 grupos funcionales del agua Tripsina, Aldolasa Lisis de un substrato, generando (Sintasas) Liasas un doble enlace, o Adición de un Descarboxilasa pirúvica, 4 substrato a un doble enlace de un citrato liasa, glutamato 2o. Substrato (Sintasa) descarboxilasa Mutasas Transferencia de grupos en el Epimerasas 5 Isomerasas interior de las moléculas para dar (fosfopentosa epimerasa) formas isómeras Racemasas Fosfohexosaisomerasa Formación de enlaces C-C, C-S, (Sintetasas) C-O y C-N. Mediante reacciones 6 Ligasas Piruvato carboxilasa de condensación, acopladas a la Glutamato sintetasa ruptura del ATP  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Principios fundamentales de la acción catalítica de las enzimas ¿ Cómo funcionan las enzimas ? ❑ En condiciones fisiológicas las reacciones sin catalizar tienden a ser lentas (estabilidad de biomoléculas) ❑ Muchas reacciones bioquímicas suponen situaciones poco probables ❑ Una enzima soluciona estos problemas proporcionando un ambiente tridimensional favorable a la reacción (sitio activo) Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. El rasgo distintivo de una reacción enzimática es que tiene lugar dentro de un pequeño lugar de la enzima: el sitio activo La molécula fijada en el sitio activo, sobre la que actúa la enzima, se denomina sustrato Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Characteristics of the substrate-binding sites in the serine proteases chymotrypsin, trypsin, and elastase. In chymotrypsin a hydrophobic pocket binds aromatic amino acid residues such as phenylalanine (Phe). In trypsin, the negative charge of the aspartate residue in the substrate binding site promotes cleavage to the carboxyl side of positively charged lysine (Lys) and arginine (Arg) residues. In elastase, side chains of valine and threonine block the substrate binding site and permit binding of amino acids with small or no side chains, such as glycine (Gly).  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS.. Reaction profile for enzymatic and nonenzymatic reactions The basic principles of an enzyme-catalyzed reaction are the same as any chemical reaction. When a chemical reaction proceeds, the substrate must gain activation energy to reach a point called the transition state of the reaction, at which the energy level is maximum. Since the transition state of the enzyme-catalyzed reaction has a lower energy than that of the uncatalyzed reaction, the reaction can proceed faster. ES complex, enzyme-substrate complex; EP complex, enzyme-product complex.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. La doble cruz indica el estado de transición, siendo una estructura molecular transitoria que ya no es el sustrato pero que todavía no es el producto. Aquí se presenta la mayor proporción de energía libre. La diferencia en la energía libre entre el estado de transición y el sustrato se denomina: ENERGIA LIBRE DE GIBBS, o ENERGIA DE ACTIVACION.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Las interacciones débiles entre enzima y sustrato son óptimas en el estado de transición.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Las enzimas alteran las velocidades de reacción pero no los equilibrios (A) S P (B) E + S ES EP E+P (A) (B)  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. ASSAYS OF ENZYME-CATALYZED REACTIONS TYPICALLY MEASURE THE INITIAL VELOCITY The initial velocity (Vi) of the reaction thus is essentially that of the rate of the forward reaction. Under these conditions, Vi is proportionate to the concentration of enzyme. Measuring the initial velocity therefore permits one to estimate the quantity of enzyme present in a biologic sample.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. For a typical enzyme, as substrate concentration is increased, Vi increases until it reaches a maximum value V max. Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. EFECTO DE LAS CONCENTRACIONES SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA La velocidad de una reacción enzimática depende de la concentración de sustrato. La Figura muestra la velocidad de una reacción enzimática a 6 concentraciones distintas de sustrato.  Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Enzyme kinetics is the field of biochemistry concerned with the quantitative measurement of the rates of enzyme- catalyzed reactions and the systematic study of factors that affect these rates. The study of enzyme kinetics also represents the principal way to identify potential therapeutic agents that selectively enhance or inhibit the rates of specific enzyme-catalyzed processes. The activity of an enzyme is obtained by determining the rate of an enzyme-catalyzed reaction under defined conditions. Reaction rate or velocity (v) is generally expressed as the rate of conversion of substrate to product per min, i.e. mol/min. Since the catalytic activity of an enzyme is normally independent of reaction volume, i.e. it is unaffected by dilution, substrate turnover per unit of time under defined conditions (pH, buffer, temperature) is commonly used for defining enzyme-catalyzed reactions. Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS. Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza Enzimas Facultad de Medicina, UAS.  ENZIMAS FACTORES QUE AFECTAN LAS REACCIONES CATALITICAS DE LAS ENZIMAS 1. CONCENTRACIÓN Las reacciones enzimáticas ENZIMATICA están INFLUENCIADAS por varios factores: a) pH, 3 b) Temperatura, 4 c) Concentración enzimática, 1 d) Concentración del sustrato, 2 e) Inhibidores, 5, y f) Cofactores, 6. REACCION CINETICA: ❖La velocidad de una reacción es directamente proporcional a la concentración de la enzima, cuando el sustrato esta presente en exceso. ❖Velocidad (la velocidad de la reacción): se refiere al cambio de concentración del sustrato o de la reacción del producto por una unidad de tiempo. Se expresa como moles/litros/segundo.  ENZIMAS FENOMENO DE SATURACION For a typical enzyme, as substrate concentration is increased, Vi increases until it reaches a maximum value V max. Measuring the initial velocity therefore permits one to estimate the quantity of enzyme present in a biologic sample. Velocidad máxima: (Vmax): Se refiere al máximo cambio en la concentración del producto o del sustrato a una concentración de enzima dada.  ENZIMAS Vmax = Kcat (e): Donde e = concentración de la enzima y Kcat = la constante de velocidad de la catálisis. (Es definida como el número de sustrato formado por cada enzima en una unidad de tiempo; P/mol de enz/tiempo). The initial velocity (Vi) of the reaction thus is essentially that of the rate of the forward reaction. Under these conditions, Vi is proportionate to the concentration of enzyme. 2. EFECTO DE LAS CONCENTRACIONES DE SUSTRATO SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA La velocidad de una reacción enzimática depende de la concentración de sustrato. La Figura muestra la velocidad de una reacción enzimática a 6 concentraciones distintas de sustrato. ENZIMAS  ENZIMAS EFECTOS DE LA CONCENTRACIÓN DEL SUSTRATO EN LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS Concentración de sustrato Cuando la velocidad se representa frente a la La curva muestra las Cinética concentración del sustrato, reacciones de primer orden, se forma una curva mixto o de orden cero. hiperbólica rectangular. La velocidad de la ecuación Ecuación de Michaelis- para la reacción enzimática Menten Km es características para cada enzima Km es un indicador para la Concentración del sustrato afinidad de la E y S Constante de M-M cuando la velocidad de la Km es usada para (Km) reacción catalizada llega a la distinguir el tipo de mitad de la Vmax inhibición (Inh. competitiva, Km incrementa; Inh. no competitiva, Km no esta alterada) FACTORES QUE AFECTAN CARACTERISTICAS SIGNIFICANCIA  ENZIMAS Modelo Cinético de Michaelis - Menten Enzyme kinetics is the field of biochemistry concerned Los estudios sistemáticos del with the quantitative efecto de la concentración measurement of the inicial del sustrato sobre la rates of enzyme- actividad enzimática catalyzed reactions and comenzaron a realizarse a the systematic study of finales del siglo XIX. factors that affect these Ya en 1882 se introdujo el rates. concepto del complejo The study of enzyme kinetics enzima-sustrato como also represents the intermediario del proceso de principal way to identify catálisis enzimática. potential therapeutic En 1913, Leonor Michaelis y agents that selectively Maud Menten desarrollaron enhance or inhibit the esta teoría y propusieron una rates of specific enzyme- ecuación de velocidad que catalyzed processes. explica el comportamiento cinético de los enzimas.  ENZIMAS Unidad de Actividad Enzimática (U): La cantidad que transforma 1.0 mmol (10-6 M) de S /min, a 25ªC, en las condiciones de medida óptima K-1 La Km de Michealis es la concentración de sustrato a la cual Vi es la mitad de la velocidad max (1/2 Vmax) alcanzable a una concentración Km: se define como la concentración particular de enzima. de sustrato para la cual la reacción alcanza la mitad de la velocidad máxima.  ENZIMAS La derivación de la ecuación se basa en: 1) Que la concentración de S es m a y o r que la concentración de E 2) La concentración de Producto al i n i c i o d e l a r e a c c i ó n es insignificante Modelo de Km 3) El paso limitante de la velocidad es la transformación de ES a E+P Vo=k3 [ES] ENZIMAS Cuando se une el S en el lugar activo de una E se forma un complejo intermediario ( ES) Durante el estado de transición, el sustrato se convierte en el producto Tras un breve espacio de tiempo , el producto se disocia de la enzima Constantes de velocidad: K1 : constante de velocidad de formación de ES Constantes de velocidad: K2: constante de velocidad de disociación ES K3: constante de velocidad de la formación y liberación del producto del lugar activo  ENZIMAS K2 es despreciable en comparación con K1 La velocidad de formación de ES es i g u a l a la velocidad de su degradación durante la mayor parte del curso de la reacción (s u p o s i c i ó n d e l e s t a d o e s t a c i o n a r i o ) ❑ La velocidad de formación de ES es igual a K1 [E] [S] ❑ La velocidad de disociación de ES es igual a (K2 + K3) ❑ La suposición del estado estacionario iguala estas dos velocidades  ENZIMAS Km: indicador de la afinidad de la enzima por el sustrato concentración de sustrato a la que la enzima tiene la mitad de la velocidad máxima Km grande: se necesitara una concentración mayor de sustrato para alcanzar la mitad de la velocidad máxima Km pequeña: es menor la cantidad del sustrato para alcanzar la mitad de la velocidad máxima de la enzima (enzima más afín a su sustrato). ENZIMAS Vmax: punto de la reacción en el que no importa con cuanto sustrato se realice la medición de la actividad enzimático, pues la velocidad de la reacción no aumenta mas. Vmax; corresponde al punto de saturación de la enzima. Punto de saturación; todos los sitios catalíticos de las enzimas están ocupados y por lo tanto no pueden interactuar con mas moléculas de sustrato.  ENZIMAS Ecuación de la velocidad de una reacción enzimática ENZIMAS El número de moléculas de sustrato convertidas en producto por molécula de enzima por segundo se denomina número de recambio, kcat‘, y suele ser de 102 a 104 S· ENZIMAS  ENZIMAS ¿Por qué determinar Km? ❑ Km es una medida de la afinidad de la enzima por el sustrato. ❑ Km establece un valor aproximación para el valor intracelular de sustrato ❑ Km es constante para una enzima dada, permite comparar enzimas de diferentes organismos o tejidos o entre distintas proteínas ❑ Un cambio en el valor de Km es un modo de regular la enzima.  ENZIMAS 3. EFECTOS DEL pH: pH óptimo Efectos del pH en la velocidad de la reacción enzimática pH Curva en forma de Mayoría: pH 7.0 Cinética campana Pepsina: pH 2 pH en el cual la Fosfatasa alcalina pH óptimo enzima es activa pH 10  4. EFECTOS DE LA TEMPERATURA: Efectos de la temperatura en la velocidad de la reacción ENZIMAS enzimática Temperatura Curva en Cinética forma de oMayoría: campana 37°C oUreasa: Tempera 55°C Tempera tura en la oTaq DNA tura cual la polimerasa óptima enzima es : 100°C activa  ENZIMAS 5. INHIBIDORES ENZIMÁTICOS Reactivos químicos específicos que pueden inhibir a la mayor parte de las enzimas. Efector que hace disminuir la actividad enzimática, a través de interacciones con el centro activo u otros centros específicos (alostéricos). Esta definición excluye todos aquellos agentes que inactivan a la enzima a través de desnaturalización de la molécula enzimática  ENZIMAS 5. INHIBIDORES ENZIMATICO* Isostéricos Alostéricos E+I EI Irreiversi Cooperativi Reversibles bles dad ES + I ESI E+I E’ No Acompetiti Modifica Conforma Competitivos competitivos vos ción cional ENZIMAS  S ENZIMAS E ES E+P [E] [I] I Ki = Se define una constante de equilibrio de disociación del [EI] inhibidor: EI Características: Las fijaciones de substrato e inhibidor son mutuamente exclusivas Por lo general, el inhibidor competitivo es un análogo químico del substrato. El inhibidor es tan específico como el substrato A muy altas concentraciones de substrato desaparece la inhibición*  ENZIMAS Al aumentar la cantidad de SUSTRATO el inhibidor competitivo es desplazado y se forma producto. S S S S S S S  ENZIMAS Inhibidores Competitivos Compiten con el sustrato por el sitio activo de la enzima Se une solo a la enzima libre V máx no se altera y K M cambia Por tanto, en la inhibición competitiva: 1. El efecto cinético del inhibidor es el aumento aparente de la Km 2. La Vmax no aparece modificada; para concentraciones muy altas del substrato, v = Vmax, igual que en ausencia de inhibidor 3. Cuanto más pequeño sea el valor de K1 mayor será la potencia del inhibidor competitivo. Ejemplo: ENZIMAS Ejemplo Inhibidor Competitivo Ácido succínico + FAD ácido fumárico + FADH2 El inhibidor competitivo es el ácido malónico (Es un análogo estructuralmente parecido al ácido succínico). Metotrexato inhibidor del Dihidrofolato El ácido fólico en sus formas de dihidro y tetrahidrofolato es coenzima de la reacción catalizada por la dihidrofolato reductasa Esta reacción es parte del metabolismo de los nucleótidos para la síntesis de DNA Metotrexato se usa en la terapia de algunos cánceres, inhibiendo la síntesis de DNA. ENZIMAS  Inhibidor No Competitivo ENZIMAS  Inhibidor No Competitivo Se une a un lugar diferente del sitio activo la enzima Se une a la enzima libre y también al complejo enzima-sustrato Por acción del inhibidor disminuye la Vmax pero el valor de Km no se altera El inhibidor NO competitivo s e u n e a l a e n z i m a e n u n s i t i o diferente del sitio activo. E N Z I M A S  ENZIMAS S E ES E+P I I S Inhibición No Competitiva EI ESI a) El inhibidor se fija indistintamente a la enzima libre E y al complejo enzima-substrato ES; ni el complejo EI ni el complejo ESI son productivos. b) No tiene una estructura similar al sustrato c) No compite con el sustrato el inhibidor d) No es reversible cuando se incrementa el sustrato a la reacción* e) Se remueve el inhibidor con diálisis.  ENZIMAS S S S S La cinética de la reacción se caracteriza por: a) No hay cambios en la km, y b) Una disminución de la Vmax.  ENZIMAS Ejemplo: ENZIMAS Pb Insecticida neurotóxicos  ENZIMAS Inhibidor Incompetitivo  ENZIMAS Inhibidor Incompetitivo En este tipo de inhibición el inhibidor se enlaza al centro activo pero solo después de que el sustrato lo haya hecho y, por tanto, inhibidor y sustrato no compiten. De esta manera, aunque todo el sustrato esté saturando la enzima y toda la enzima esté como complejo ES, el inhibidor puede enlazarse produciendo un complejo inactivo ESI. Como I solo se une a ES estimula la formación de ES y, por tanto, incrementa la unión del sustrato a la enzima, disminuyendo Km. Sin embargo, el complejo ESI no conduce a productos y Vmax disminuye. Inhibidor anticompetitivo, acompetitivo o incompetitivo, sinónimos.  ENZIMAS INHIBIDOR ACOMPETITIVO Se une a un lugar diferente del s i t i o a c t i v o de la enzima. Se une sólo al complejo enzima-sustrato (ES). Los efectos que tiene: disminuye el valor de Km y también el de Vmáx  ENZIMAS S E ES E+P I Inhibición Anticompetitiva ESI El inhibidor sólo puede fijarse al complejo ES; el complejo ESI no es productivo Los ejemplos de este tipo son muy raros. La inhibición de lDH por el alfa-KG  ENZIMAS Inhibidores Irreversibles Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo químico de la enzima, modificándola covalentemente - Su acción no se describe por una constante de equilibrio Ki, sino por una constante de velocidad ki: E+I E’ A diferencia de la inhibición reversible, el efecto de los inhibidores irreversibles depende del tiempo de actuación del inhibidor. - Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente TÓXICOS.  ENZIMAS Inhibidores Irreversibles Producen inactivación permanente de la actividad enzimática. Se interfiere con el normal desarrollo de una reacción o vía metabólica. Ejemplos: p-cloromercuribenzoato, yodoacetato, diisopropilfluorfosfato (gas neural), etc. ENZIMAS  ENZIMAS Clases de inhibidores enzimáticos Clase del inhibidor 3.Inhibidores InhibidoresKm cuerpo que sintetiza en el Vmax irreversiblemente Allopurinol enzimáticos: Suicida inhiben la enzima en una ruta Fluorouracil Competitivo, metabólica. SINTESIS LETAL Incrementa No hay efecto reversible Los productos finales de la 4.Inhibidores G-6-P; hexoquinasa Noenzimáticos: competitivo, Feedback ruta metabólica inhiben. Se Palmotoil CoA; ACC No hay efecto unen al sitio alostérico. Decremento reversible Irreversible(inacti 5.Inhibidores No hay efecto Análogos de sustratos que se Decremento Penicilina; vador) enzimáticos: Análogos asemejan al estado de transpeptidasas, de la del Edo. de transición transición del sustrato natural pared celular. Tipos de inhibidores enzimáticos (5) (Reversible, Irreversible, Suicida, Retroalimentación y Análogos del Estado de transición) Alloxanthine Ejemplo (1):  ENZIMAS 6. COFACTORES: Son la parte no proteíca, de pequeño tamaño que requiere la enzima para su catálisis. ACTIVADORES (COFACTOR) COENZIMA Son moléculas inorgánicas Es la holoenzima (apoenzima Se clasifican en dos tipos: y coenzima); orgánicas. 1. En activadores anionícos Tipo de unión, covalente es o activadores cationícos el grupo prostético, no 2. Por su tipo de unión, covalente es llamado covalente fuerte o débil coenzima. no covalente; El rol de las coenzimas: metaloenzimas y enzimas 1. Reacciones Redox con activador metal. 2. Reacciones de transferencia.  ENZIMAS Enzimas Alostéricas Inhibidores/Regulación Son enzimas cuya estructura alostéricos proteíca está formada de varias subunidades No se rigen por la cinética de M-M Además del sitio o centro activo tienen sitios alostéricos o de regulación Sitio activo/sustratos; Sitio alostérico/moduladores o reguladores  Enzimas alostéricas Las enzimas alostéricas presentan estructura cuaternaria; son la mayoría ENZIMAS proteínas oligoméricas. Tienen diferentes sitios activos, unen mas de una molécula de sustrato La unión del sustrato es COOPERATIVA**; Es el cambio en la actividad de una subunidad debido a la unión de un ligando a otra subunidad. La curva de velocidad presenta una forma sigmoidal. Presenta dos formas o estados: T y R  ENZIMAS Concepto de Cooperatividad La unión de los sustratos al sitio activo de una subunidad produce un cambio conformacional que por contacto físico se transmite a las subunidades vecinas, facilitando las interacciones. Modelos de unión: secuencial y concertado. Ejemplos: unión Hb-O2, enzimas alostéricas y sus sustratos.  ENZIMAS MODELO CONCERTADO: ❑Propuesto por Jacques Monod, Jeffries Wyman, y Jean-Pierre Changeux en 1965 para describir la COOPERATIVIDAD: ❑En cualquier molécula enzimática, todas las subunidades están en la mismo estado conformacional (T o R). ❑Sustratos y activadores se unen más fácilmente a la conformación R ; los inhibidores son más afines a la T. ❑En ausencia de sustrato la enzima está más en el estado T que en el R. ❑En el estado R todos los focos activos tienen una mayor afinidad para el sustrato que en el estado T. ❑Una vez que una subunidad cambia al estado R, todas las demás subunidades cambian simultáneamente al mismo estado. ENZIMAS  ENZIMAS Modelo secuencial: Propuesto por Koshland, Nemethy y Filmer, propone que la unión de un efector causa un cambio conformacional en una subunidad que, a su vez, promueve un cambio conformacional en las demás subunidades de forma secuencial.  ENZIMAS Este modelo explica el cooperativismo negativo en el que en algunas enzimas la unión del primer efector reduce la afinidad de la enzima por ligandos similares. En conclusión ENZIMAS  Ejemplos: Moduladores Alostéricos También reciben el nombre de efectores y ENZIMAS pueden ser positivos o negativos. Se unen al sitio alostérico que puede estar en la misma subunidad que tiene al sitio activo o en las subunidades regulatorias. Su unión produce un cambio conformacional que afecta al sitio activo. ENZIMAS  ENZIMAS RESUMEN Las enzimas son proteínas que catalizan las reacciones biológicas Presentan especificidad por su sustrato Cada enzima presenta dos parámetros importantes Vmax (saturación de la enzima) y la Km (medida de la afinidad por el sustrato) La actividad enzimática puede ser inhibida, por inhibidores competitivos (similares al sustrato) o por inhibidores no competitivos. La temperatura y el pH afectan a la enzima en su actividad catalítica. Algunas enzimas requieren de coenzimas y/o cofactores para su actividad. Propiedades de las enzimas: a) Sitio activo o catalítico b) Número de recambio c) Especificidad d) Regulación  Sitio Activo ENZIMAS Cantidad de sustrato que una cantidad de enzima convierte en producto por unidad de tiempo. Número de 105 moléculas de CO2 por 1 recambio seg., la hidratación. Especificidad Regulación  ENZIMAS Las reacciones enzimáticas están organizadas en rutas bioquímicas o metabólicas; en cada ruta el producto de una reacción es el sustrato de la siguiente. Las rutas deben estar reguladas para: a. Mantener un estado celular ordenado b. Conservar la energía c. Responder a variaciones ambientales Las enzimas reguladoras catalizan las reacciones más lentas y fijan la velocidad de la ruta REGULACION ENZIMATICA  ENZIMAS MECANISMOS REGULATORIOS DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA: Regulación a corto plazo: se modifica la actividad enzimática. ❑Regulación alostérica ❑Inhibición por producto final ❑Regulación por modificación covalente (inhibidores y estados inactivos) ❑Regulación por cimógenos REGULACION: 1.- Alostérica Regulación a largo plazo: se2.- modifica Por retroalimentación la cantidad del de producto moléculas enzimáticas: 3.- Inhibidores ❖Regulación genética (Inducción, represión 4.- Estados o regulación inactivos en la degradación enzimática) 5.- Factores externos. ENZIMAS  ENZIMAS Control alostérico: ENZIMAS ALOSTÉRICAS Regulador alostérico: Pequeños metabolitos o cofactores que se unen a sitios distintos del centro activo y modifican la actividad enzimática. Modulador propio sustrato: Modulador molécula distinta a homoalosterismo: sustrato: heteroalosterismo Enzimas homotrópicos el sitio Enzimas heterotrópicos el sitio modulador y el sitio activo son modulador y el sitio activo el mismo distintos ATCasa Un pequeño incremento de la [S] provoca un gran aumento de Vo. Permiten mantener valores constantes de sus sustratos.  ENZIMAS Ejemplo E N Z I M A S ENZIMAS Ejemplo:  Glucogénesis y ENZIMAS glucogenolisis a) b) Es rápido Irreversible ENZIMAS c) No requiere ATP d) Ruptura proteolítica  Mecanismo de cascada (amplificación): Se refiere a la amplificación de un señal inicial pequeña que da como resultado una respuesta extensa para una vía metabólica. Este amplificación puede ser estimulada por: a) estimulación hormonal, b) daño tisular. Su mecanismo es por: amplificación, la cual ocurre por a) modificaciones covalentes, b) proteólisis limitada. ENZIMAS  ENZIMAS COMPARTAMENTALIZACION: (compartimentación) Se refiere al control de la traslocación de la enzima de los compartimentos celulares involucrados en las vías metabólicas especificas. Mitocondria  REGULACIÓN POR ENZIMAS INTERACCION DE PROTEINA-PROTEINA: Esta se refiere a que al activar un complejo se van a activar una serie de enzimas dependientes del mismo. El ejemplo típico es el: COMPLEJO CALMODULINA- CALCIO.  ENZIMAS ISOENZYMES: Es una forma molecular múltiple de las enzimas que catalizan la misma reacción. Las isoenzimas tienen una forma estructural diferente. Las diferencia estriba en la composición de los aminoácidos y la composición de los carbohidratos. La mayoría de las isoenzimas se forman por cuatro maneras: a) Isoenzima oligoméricas (LDH, 4 subunidades) b) Isoenzima monoméricas (AST, citosol y mitocondrial) c) Variantes genéticas (aloenzimas; G-6-PDH y ADH) d) Enzimas modificadas post-traducccionalmente (Fosfatasa alcalina, cambio en su composición de carbohidratos).  ENZIMAS Distribución Cuantificación Importancia Biomédica Densitometric patterns of the LDH isozymes in serum of patients diagnosed with myocardial infarction or acute hepatitis. Isozymes, differing slightly in charge, are separated by electrophoresis on cellulose acetate, visualized using a chromogenic substrate, and quantified by densitometry. Total serum LDH activity is also increased in these patients. Since hemolysis releases LDH from red blood cells and affects diagnosis, blood samples should be treated with care. The LDH measurements for the diagnosis of myocardial infarction have now been superseded by plasma troponin levels.  ENZIMAS DE IMPORTANCIA CLÍNICA: Enzimas plasmáticas Se clasifican en dos tipos: ENZIMAS ENZIMAS PLASMÁTICAS Enzimas funcionales Enzimas no funcionales Pseudocolinesterasa Aspartato aminotrasferasa Lipoprotein lipasa Creatina quinasa Ceruloplasmina Amilasa Enzimas de la coagulación Fosfatasa alcalina Enzimas de escape Reciben este nombre debido a que cuando existe daño tisular son vertidas al torrente sanguíneo, por lo que su actividad enzimática aumenta en la sangre. Uso en la clínica.  Principales enzimas séricas utilizadas en el diagnóstico clínico ENZIMAS (Algunas enzimas son inespecíficas para la enfermedad listada). Enzima Sérica Principal uso diagnóstico Aminotransferasas Infarto al Miocardio Aspartato aminotransferasa (AST) Alanino aminotransferasa (ALT) Hepatitis Viral Degeneración hepatocelular Ceruloplasmina (Enfermedad de Wilson) -glutamil transpeptidasa Varias enfermedades hepáticas Lipasa Pancreatitis aguda Varios trastornos óseos, Fosfatasa Alcalina (Isoenzimas) enfermedades hepáticas obstructivas. TGO (Transaminasa Glutámico Problemas cardiacos 12-48 4-7 días Oxalacética) ----”AL TGP (Transaminasa Glutámico Pirúvica) Hepatitis ----- “AST Creatina quinasa (CPK) Musculo esquelético y cerebro Distrofia muscular tipo “Duchenne” Amilasa Pancreática Procesos inflamatorios, pancreatitis aguda y carcinoma 12-24 1-2 días Lipasa Igual que el anterior pero hasta 10 días Fosfatasa Alcalina Obstrucción biliar, raquitismo, Ulcera péptica colitis Antígeno Prostático Cáncer de próstata (exclusiva en hombres) Tamiz neonatal Prueba al bebe que debe ser obligatoria Lactasa No puedes tomar leche ENZIMAS La prueba es gratis  ENZIMAS Galactosa Congénita ocasiona Uridin Transferasa de Galactosa retraso mental Glucosa 6-P deshidrogenasa Anemia falciforme Acetilcolinesterasa Mide el daño hepático E N Z I M A S  ENZIMAS Actividades de autoevaluación 1. ¿Qué es una enzima? ¿Cuál es su importancia biológica? 2. ¿Qué tipos de catalizadores conoce? 3. ¿Qué es una ribozima? 4. Mencione y explique brevemente los mecanismos de regulación enzimática.  ENZIMAS Preguntas de opción múltiple 1. La temperatura: a) aumenta el efecto catalítico de las enzimas siempre b) disminuye el efecto catalítico de las enzimas siempre c) aumenta el efecto hasta alcanzar un máximo a temperatura ambiente d) disminuye la acción catalítica a partir de los 80° C e) ninguna es correcta. 2. Una enzima alostérica: a) se puede regular b) no se puede regular c) aumenta su efecto catalítico al unirse a un efector positivo d) a y c son correctas e) b y c son correctas  ENZIMAS 3. Un inhibidor competitivo: a) siempre se une al sitio alostérico b) se une al sitio activo c) es parecido al sustrato d) a y c son correctas e) b y c son correctas. 4. Un cofactor es: a) una molécula orgánica que aumenta el efecto catalítico b) una molécula orgánica que disminuye el efecto catalítico c) una molécula inorgánica que se une covalentemente a la enzima d) una molécula necesaria para que la apoenzima actúe e) ninguna es correcta  ENZIMAS 5. Las enzimas son: a) específicas b) saturables c) termolábiles d) regulables e) todas son correctas 6. Un grupo prostético: a) es una secuencia de aminoácidos que forman parte del sitio activo. b) forma parte de la estructura de ciertas enzimas, pudiendo disociarse de ellas fácilmente. c) es un grupo químico no protéico unido covalentemente a ciertas enzimas y proteínas. d) es la parte proteica de una holoenzima.  ENZIMAS 7. La formación del complejo enzima-sustrato: a) implica necesariamente la unión covalente del sustrato al sitio activo de la enzima. b) se lleva a cabo mediante interacciones débiles entre el sustrato y el sitio de unión de la enzima. c) es un proceso irreversible, que conduce indefectiblemente a la formación del producto. d) es bloqueada por los inhibidores competitivos, aún frente a altas concentraciones del sustrato. 8. El FAD y el FMN son: a) grupos prostéticos característicos de los citrocromos b) cofactores enzimáticos metálicos c) coenzimas derivadas de la riboflavina d) holoenzimas  ENZIMAS THERMODYNAMIC CONSIDERATIONS From the standpoint of energy, the enzymatic reactions are divided into 3 types: 1. Exergonic or Exothermic Reaction Here energy is released 2. Isothermic 3. Endergonic from the reaction, and Reaction or endothermic therefore reaction essentially goes to When energy Energy is completion, e.g. urease exchange is consumed and enzyme: negligible, and external energy is Urea -----→ ammonia + CO2 + the reaction is to be supplied for energy easily reversible, these reactions. At equilibrium of this e.g. In the body this reaction, the substrate Pyruvate + 2H : Lactate will be only 0.5% and is usually product will be 99.5%. LDH accomplished. Such reactions are generally irreversible.  ENZIMAS 9. La hidrólisis del ATP para dar ADP + Pi es : a) una reacción no espontánea b) una reacción endergónica c) posible acoplarla a las reacciones exergónicas d) una reacción exergónica 10. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones no es cierta acerca de las conversiones energéticas? a) Algo de energía útil siempre se disipa hacia el entorno como calor. b) La energía total de un sistema y su entorno permanece constante. c) Las reacciones exergónicas se llevan a cabo espontáneamente. d) El energía potencial de un sistema siempre permanece constante después de una conversión energética. e) Las reacciones exergónicas usualmente resulta en un estado final que tiene menos energía potencial que el estado inicial.  ENZIMAS 11. Las reacciones que requieren consumo de energía se conocen como: a) endergónicas b) exergónicas c) endotérmicas d) reductiva e) oxidativas 12. Todas las reacciones que ocurren espontáneamente se llaman: a) exergónicas b) oxidativa c) exotérmica d) reductiva e) endergónica  ENZIMAS 13. La medida de azarocidad o desorden en un sistema se conoce como: a) calor. b) entropía c) el cambio en la energía libre. d) entalpía e) calor específico 14. ¿En cuál situación la entropía no se incrementaría? a) Un cubito de hielo derritiéndose. b) Algunas plantas muriéndose debido a la falta de agua. c) Algo de sal disolviéndose en agua. d) Agua hirviendo evaporándose. e) Un grupo de plantas produciendo glucosa.  ENZIMAS Alcohol deshidrogenasa (ADH) requiere NAD+ para su actividad catalítica. Para la reacción de la ADH, el alcohol es oxidado a aldehído así como la reducción de NAD a NADH y la disociación de la enzima. El NAD+ esta funcionando como un (a): a) Apoenzima b) Coenzima-Cosustrato c) Coenzima-Grupo prostético d) Cofactor e) Efector heterotrópica  ENZIMAS In cases of ethylene glycol poisoning and its characteristic metabolic acidosis, treatment involves correction of the acidosis, removal of any remaining ethylene glycol, and administration of an inhibitor of alcohol dehydrogenase (ADH, alcohol:NAD+ oxidoreductase), the enzyme that oxidizzes ethylene glycol to the organic acids that cause the acidosis. Ethanol (grain alcohol) frequently is the inhibitor given to treat ethylene glycol poisoning; it works by competitively inhibiting ADH. As a competitive inhibitor, ethanol: a) Increases apparent Km without affecting Vmax b) Decreases apparent Km without affecting Vmax c) Increases apparent Vmax without affecting Km d) Decreases apparent Vmax without affecting Km e) Decreases both apparent Vmax and apparent Km P ENZIMAS  ENZIMAS The type of reaction shown above fits into which of the following classifications? A) Group transfer B) Isomerization C) Carbon–carbon bond breaking D) Carbon–carbon bond formation E) Oxidation-reduction The type of enzyme catalyzing this reaction is a A) Kinase B)Dehydrogenase C) glycosyltransferase D) Transaminase E) isomerase  ENZIMAS Which of the following describes a characteristic feature of an enzyme obeying Michaelis-Menten kinetics? A) The enzyme velocity is at 1⁄2 the maximal rate when 100% of the enzyme molecules contain bound substrate. B) The enzyme velocity is at 1⁄2 the maximal rate when 50% of the enzyme molecules contain bound substrate. C) The enzyme velocity is at its maximal rate when 50% of the enzyme molecules contain bound substrate. D) The enzyme velocity is at its maximal rate when all of the substrate molecules in solution are bound by the enzyme. E) The velocity of the reaction is independent of the concentration of enzyme.  ENZIMAS Methanol (CH3OH) is converted by alcohol dehydrogenases to formaldehyde (CHO), a compound that is highly toxic in the human. Patients who have ingested toxic levels of methanol are sometimes treated with ethanol (CH3CH2OH) to inhibit methanol oxidation by alcohol dehydrogenase. Which of the following statements provides the best rationale for this treatment? A) Ethanol is a structural analog of methanol, and might therefore be an effective noncompetitive inhibitor. B) Ethanol is a structural analog of methanol that would be expected to compete with methanol for its binding site on the enzyme. C) Ethanol would be expected to alter the Vmax of alcohol dehydrogenase for the oxidation of methanol to formaldehyde. D) Ethanol would be an effective inhibitor of methanol oxidation regardless of the concentration of methanol. E) Ethanol would be expected to inhibit the enzyme by binding to the formaldehyde binding site on the enzyme, even though it cannot bind at the substrate binding site for methanol  ENZIMAS Which of the following describes a characteristic of most allosteric enzymes? A) They are composed of single subunits. B) In the absence of effectors, they generally follow Michaelis- Menten kinetics. C) They show cooperativity in substrate binding. D) They have allosteric activators that bind in the catalytic site. E) They have irreversible allosteric inhibitors that bind at allosteric sites.  ENZIMAS REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ❑ Alberts, B et al. (1996) Biología Molecular de la Célula. 3ra Edición. Ediciones Omega S.A.Barcelona. ❑ Campbell, N. 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España.  ENZIMAS Inhibidor No Competitivo Se une a un lugar diferente del sitio activo la enzima Se une a la enzima libre y también al complejo enzima-sustrato Por acción del inhibidor disminuye la Vmax pero el valor de Km no se altera El inhibidor NO competitivo s e u n e a l a e n z i m a e n u n s i t i o diferente del sitio activo.